电池内阻及简单的测试方法

1、电池内阻及简单的测试方法电池内阻及简单的测试方法一、什么是电池内阻以前到商店买电池 ,营业员都要先用小电珠试一下 ,如发光正常 ,则说明电池是好的。现在电器的从业人员 ,判断电池新旧好坏的时候 , 是先测一下开路电压 , 再快速测一下短路电流。 例如对于普通 5号电池 , 短路电流大于 500mA , 则就是好的。 以上二个例说明了作为一种能源的 电池要求能够输出电流也就是能够输出功率 ,才能称得上性能良好。 为 了便于分析 ,我们引入电池内阻的概念 ,简约的说 ,电池内阻等于开路 电压除以短路电流。当然这仅仅是表明内阻的概念 , 实际上是不可能用 这个方法测试内阻。在直流条件下我们可以给出电

2、池的直流等效电路 , 见图一,以及公式 U=E-IR 。此式说明电池内阻 R 越小,输出的电流时电池电压降就越小 ,或者说该电池能够在大电流的条件下工作。二、测试电池内阻的意义1、工厂中出厂检验的项目之一2、组装电池组时 ,需挑选内阻相近的电池单元组成一组。3、因电池的容量 Ah越大 ,内阻就越小 ,因此可以根据内阻大小粗略判断电池容量 .4、电池老化和失效后突出的表现为内阻增大 ,因此测试电池内阻就可以快速判 断出电池 的老化程度。5、电池组维护过程中 ,需要经常测试各电池单元的内阻 ,以便把内阻增大的单 元挑出来 , 换个好的。三、电池内阻的直流测量方法1、 等效电路 （见 图一2、 测试

3、标准各种电池的测试标准不完全一样 ,下面以锂电池为例大体介绍一下测试步骤。第一步:以 0.2C/h的恒定电流充电至规定电压 . ,例如设电池容量 C=6Ah,则 0.2C/h=0.2 6Ah/h=1.2A。第二步 :存放 1-4小时。第三步:以 0.2C/h的恒定电流 I 1放电时,测出电池两端电压 U 1 。第四步:以 1C/h的恒定电流 I 2放电时,测出电池两端电压 U 2 。以上各步骤在 20C 5C 的环境下完成。电池的直流内阻 R dc =U1-U 2/I2-I 13、下面介绍一种简单的业余测试方法找一块数字万用表 ,高位数的较好 ,可以取 得较高的测试灵敏度。 一只放电电阻 ,

4、一只开关 , 按 图二 连接。电阻阻值的选择 ,大体上 控制 放电 电流约为 0.1C/h至 0.2C/h。 过大的放电电流 有损 电池 且 内阻测试 重复 性能 差 。测试步骤:(1 K 1断开,先测出电池开路电压 U 1。(2 K 1接通,电池开 始放电,快速 读 出此 时的电池端电压 U 2 。则 Rdc=(U1-U 2/(U 2/R1例 如 R 1=10 , U 1=1.521V, U 2=1.492V,算 出 I 2=U2/R1=0.1492A, 则Rdc=U1-U 2/I2=(1.521- 1.492/0.1492=0.194 =194m注意测试时需采用四端测试，即电压表测试线和放

5、电电路接线必须 分开接触电池的两个端口，见图二。四、电池内阻的交流测量法1、简化交流等效电路见图三。电池的实际等效电路较复杂，即有串联 电容成份，又有并联电容成份。电池的交流等效电路表明，在交流信号的条件下，一个电池的外部特性可以看成电动势E、内电阻R和电容C三者相串联。但要注意的是，对同一个电池而言，在频率不同，信号 强度不同以及温度不同时,E、R、C、的数值是不同的。表一给出了不同电池在100Hz、IKHz测试条件下,作者测试的电池的阻抗、内阻等数据。表中容抗Xc=l/2irfC,阻抗Z= Xc2+R2。表中同时给出了不同电池在温度变化时内 阻的变化情况。因测试条件有限，表中数据仅供参考。

6、电池品种铅酸电池12Ah锤离子电池970nAh$1AA电池1300mAh織性电池AA开路电压12. 82V3. 79V1. 357V1. 593V电容etc56000uFXc=2. 84dQ95000uFXc=l. 7mQ72000 u FXc=2. 2m Q2820 m FXc=56. 5mQ阻抗z12. IlmQ113. 8m Q23.7m Q140. 5mQ电阴R12. 08m Q113. 8m Q23.6m Q128. 6m QUStVHM ZHOOI电容量C692000 p FXc=2. 3m Q156000 pFXc=10. 2dQ200000u F14100 mF Xc=110.

7、 6nQ阻抗Z14.86m Q130. 2mQ25. 3m Q304. 8m Q电阻R14. 66m Q129. 8m Q25. 3m Q284m QH分R , 20*C.*113.8 mQ23.6 dQ12& 6 mQR , 309111.2 tdQ22.6 mQ115.4 mQ2、测试标准为了便于对不同的电池 进行比较，和准确的计 量，电池内阻的测试 必 须有一个标准，以锂电池交流内阻测试为例，简单的介绍一下IEC标准主要 内容：(1以0.2C/h的恒定电流充电至规定的电压值。(2存放14小时。(3测试时 采 用 交 流电流电压法 , 即让 一个 交 流电流 Ia通过电池,然后测取电池两端

8、的电压降 Ua ,见 图四 。(4测试 信 号的 频 率为 1KHz 0.1KHz , 正 弦波 。(5测试电流为 50mA ,或者 交 流 信 号流过电池时 ,在电池两端 产生 的电压降不得大于 20mV 。(6以上各步骤在 20 C 5C 的环境下完成。(7电池 交 流电阻 Rac=Ua/Ia。其 中 Ua 是电池两端 交 流电压降 , 有 效值。 Ia 是流过电池的 交 流电流 , 有 效值。这 里补 充说明一下 ,如 果 是用简单的方法测取电池两端的电压降 ,则实际上得到的是电池 的内阻 抗 Z , 即 R 和 XC 的 复 数和。现 代 的内阻测试 仪 器 具有 相位检测功能 ,可以

9、测出 R 两端的 交 流电压降 , 从 而 可以测出电池的内阻 R 。五 、测量电池内阻的 产品 介绍现 国 内 已有 电池内阻测试 仪 器 生产 , 我们以 DME-50 型 电池测试 仪 器为例介绍一下电池测 试 仪 的大体 情况 。该 仪 器 采 用 交 流电流电压法测试 原理 ,测试频率为 1KHz , 晶体稳频 ,四端测 试, 符合 IEC 标准,测量范围 可以达 到 0.01 m 200,分为五个量程,测试精度0.1%Rd 2个字, 由于电压 信 号的检测 采用了相位检测, 固能测出 R 两端的电压降因此实际测出的是 电池的内阻。 仪器在测试 交流电阻时, 同时也能 显示出电池的直

10、流端电压。 仪 器 由交 流电源 供 电。仪 器 采 用四端测试 , 为了在大量 生产 中 提 高测试速度 ,对于不 同 规 格 的电池 , 采用了不 同的测量 夹具。铅酸电池, 可采用图五所示的四端 夹子 , 按图六 所示 的方法 夹住电池的两个电 极。 四端测试要 领是, 仪器的四个测试端 点必须 通过导线夹具 接触到电池两个电 极的四个 点上,不能互相碰在一起。圆柱形 电池采用图七所示的测试夹具。手机电池可采图八所示双探针 测试探头。1KHz附件200mV六 、 自制 电池内阻测试 附 件在业余条件下 , 花 不 多的 钱 , 自制 一个电池内阻测试的 附 件, 再 加 上一个普通数字万

11、用表 , 即 可以测试电池 交 流内阻。该 附 件实际上是一个 信 号源, 它 的作用是, 提供 流过电池的 交流 信号,再 由 数字万用表测试出电池两端的 交 流电压降 ,从 而测试出电池的 交 流内阻。 提供 的 交 流电流值为 100mA, 数字万用表 置 于 200mV 交 流电压 档 ,这样换 算 成电阻 即 为 2000毫欧 。本文共 介绍四种电池内阻测试 附 件, EF-1、EF-2型为无电源式, 附件由被 测电池供电。 EF-3、 EF-4型须外接 12V直流电源这四种附件均可满足电池质量的鉴别以及对电池 尤其是铅酸 电池的维护需要1、 EF-1型(1 EF-1型产生 的测试电

12、流为 1KHz 方 波 , 原理 图 与印刷板 图见 图 九 , 附 件 由被 测电池 供 电,当 附 件 1、 4两端接到电池的正 负 两个电 极 时, 附 件开 始 工作。图中 Vt1与 Vt2产生 1KHz 方波信号, 推动 Vt3从电池 吸取约 200mA 的峰 值方波脉冲 电流。换 算成交流信号,约为 有效值100mA 。此时把数字数字万用表 DMM 置于交流 200mV 档时,经一只 10n 电容器 隔离 ,接到电池 两端就可以 读取电池两端的 交流信号值。 设交流方波电流的 有 效值为 100mA, 如 果 DMM 显示 值为 10.0mV , 则表 示 电池内阻 ( 内阻 抗

13、为 100 m。稳压器 7805提供 Vt1、 Vt2工作所需的稳定的 5V 工作电压,二极管 D1、 D2为 防止附 件接 反起保 护作用。(2实际 使 用方法见图十。附件装在一个 塑料小盒中, 1、 4端分别焊接红黑 两根测试 线 ,测试 线 的 另 一端 焊 好 鳄鱼夹 。数字万用表 DMM 的测试 线 一端也 由 表 笔改焊 上鳄鱼夹 , 并定义 DMM 的 +端（红线 为 2端, com 端（黑线为 3端, 并且 DMM 的 +端要 串联 一只 10n 的电容器。测试时 , 最好 附件 的 1、 4两根测试 线并 在一 起 , DMM 的 2、 3两根 线并 在一 起 以 防止干扰

14、。先把 DMM2 、 3端 鳄鱼 夹夹在电池 +、 -极上, 待万用表 显示数字回零后,再把 附件的 1、 4端夹上去 , 即可读取电表显示的电池内阻 读数。（3 仪器 读数的 校 准由 于测试的 交 流 信 号是方 波 ,不是正 弦波 , 各种数字万用表 响应 的灵敏度可能 会有差别 , 因此附件需要 校准, 具体的校准的步骤是:A 、找一个内阻较小的 12V 铅酸蓄 电池,用附件先估测出的 它 的内阻值 ,例如为 20 m 。B 、找一只 1左右的, 已知准确阻值的电阻,设为 1.011 也即 1011 m,把此电阻 焊 在电池的正 极 ,或者 使它 们 尽 可能接 触 良好。然后测试 串

15、有 标准电阻的 总的电阻值,此时 DMM 读数应为 1011+20 =1031 m, 也 即 103.1mV ,如不是可 调节 EF-1的 R5阻值, 使显示 准确。调节 R5阻值的方法,可采 取 改变并联 电阻阻值的方法。如找不到内阻较小的电池 , 也 即 电池内 阻和标准电阻相 差不大时,则上 述步骤要 重复二三 次。另外要说明的是, 被测阻值 会影响测试电流的大小,因此在以测试小阻值为 主的情况下,上述校准时 , 可把读数减少百 分之五左右 , EF-1型适用于 12-24V 铅酸蓄 电池内阻的测试。2、 EF-2型EF-2型附 件 原理 图和 印刷板 图见 图 十EF-2 型与 EF-

16、1 型的差别是把 7805 稳压器改成电压可调的稳压器， 以方便于 DMM 电表读数 的校准，而不需要调节 R5 了。此稳压器为集电极输出型稳压器，优点是当输入输出之间压差 低到 0.2V 时也能工作。另外当输入输出之间压差变化较大时，耗电小，变化也小。缺点是 需 要触发才能工作。 C4， R10、Vt6 组成触发电路。当附件 1、4 端接触被测电池一瞬间， C4 充电，从而触使 Vt6 导电、 Vt7 导电， Vt7 集电极输出电压，使 R9 有电流流过， Vt5 导电，加强 Vt7 导电 。C4 充电结束后，由 Vt5 控 Vt7，稳压过程是如输出电压增高， Vt4 导电增强， Vt5 导

17、电减弱， Vt7 导电减弱，输出电压下降。 测试校准时，调节 W1 即可调节输出脉冲信号的幅度，进行 DMM 读数的校准。 EF-2 型附件适合测试6-24V 铅酸蓄电池的内阻。 如测试高于 30V 电压的电池，则图中 Vt5 、 Vt6 、Vt7 需要换成高耐压的晶体管 3、EF-3 型内阻测试附件 EF-1、 2 型附件存在以下几个缺点 （1）低于 6V 不能工作 （2）要消耗被测电池的电流 （3）测试信号不是正弦波 EF-3、 4 型附件可以解决这几个问题， 但使用时需要自备 12V 电源， 消耗电流约为约为 50mA。 EF-3 的原理图见图十二。 EF-3 主要部分是一个 1KHz

18、正弦波振荡器，集成运放 LF351，6 脚输出 1KHz 信号推动 Vt2 、Vt3 输出 100mA 正弦波电流。 6F351 组成文氏电桥振荡器，振荡频率由 R1、R2、C1、C2 决定，电路的其它部分构成振荡 幅度稳定和调节电路。 Vt1 结型场效应管起可调电阻作用，其阻值由 G 极电位控制。对应于集 成电路 2、3 脚， R1、 R2、 C1、 C2 实际上构成正反馈电路， R3、R4 和 Vt1 的 DS 电阻构成负反 馈电路。 稳幅过程是：当集成电路 6 脚的交流正弦波信号经倍压整流后的峰值超过电位器 B 点电位 时，便有直流电流经 D1、D2 方向流动，使 Vt1 场效应管 G 极电位变负，场效应管 DS 电阻变大， 负反馈加强，使振荡幅度变弱 。 EF-3 型由外接 12V 电源供电， Z1 和 R12 组成稳压分压器。对于集成电路而言，分压器的 中点 A 是公共端，也就是地端，外接电源的正端相对 A 端来说是 +6V，外接电源的负端相对 A 端来说是 -6V 。当把 A 端看成地端后，分析电路的工作原理就容易多了。 EF-3 的供电可以由交流适配器供电，也可以由专用电池供电。 EF-3 型的使用方法 （1） 零点检查：找一根数厘米长的铜丝，粗细不限。 EF-3 型附件的